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摘要：当前编程类课程的教学在趣味性、培养学生独立解决问题能力和编程思维培养等方面存在不足。对此我们提出了一种基于加涅九步法的课程设计，通过课程引入、分组讨论、微视频讲解与编程示范、分组编程与展示等教学事件的设置，力求在满足学生、社会和教学管理者需求的同时有效改善非计算机专业编程类课程的授课效果。
关键词：加涅九步教学法；微视频；编程教学；Python
本文引用格式：黄中意.加涅九步法在非计算机专业编程类课程中的应用[J].教育现代化,2020,7(35):175-178.
The Application of Gagne's Nine-step Approach to the Teaching of Programming Courses for Non-computer Major Students
HUANG Zhong-yi
(School of Business,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai)
Abstract:At present,the teaching of programming courses is insufficient in the aspects of interestingness,cultivating students’independent problem-solving ability and programming thinking.We propose a kind of course design based on Gagne’s Nine-step Approach.With the course introduction,group discussions,Micro-video explanation and programming demonstration,the course design aims at meeting the demands of students,society,and the teaching administrator,and meanwhile improving the teaching effect of programming courses for non-computer major students.
Key words:Gagne’s nine-step teaching approach;Micro-video;Programming teaching;Python
一引言
随着计算机和编程语言的飞速发展，领会编程思想、学习编程方法已经不只是对计算机专业学生的要求。掌握一到两种编程语言对提升非计算机专业学生竞争力有重要作用。然而目前在大学课堂中，编程类教学的开展形式仍然是以课本为核心、PPT（Microsoft Power Point）为载体的教师单方面灌输为主。从编程类课程的特点来看，我们认为这种形式的教学效果较差，主要原因有以下三点：
1.编程语言的学习过程较为枯燥，教师单方面的讲解难以让学生体会到编程的乐趣和成就感，很难让学生在课堂上长时间保持专注度；
2.编程语言灵活多变，直接将课本上的“最佳方案”展示给学生，不利于培养学生独立、多角度解决问题的能力；
3.编程过程是思路逐步深入、完善的过程，这种注重思考过程的特性仅仅依靠PPT难以体现。
基于上述三点，我们认为在编程类课程的授课过程中要突出编程的趣味性，让学生保持专注度，同时要调动学生积极性，培养其独立、多角度解决问题的能力，更重要的是要展现编程思想，注重过程教学。为达到上述目标，我们以《Python统计分析》的一堂90分钟的课程为例，提出一种基于加涅九步教学法的课堂设计方案以优化课程的趣味性和引导学生独立的能力，并在某些关键环节中采用微视频的技术手段以增强过程教学的效果。本文的结构如下：第二章简要介绍加涅九步法和微视频，第三章介绍课堂设计的具体内容，第四章对本文提出的方法进行总结和讨论。
二 加涅九步教学法和微视频简介
加涅九步教学法的提出者是美国教育心理学家罗伯特·米尔斯·加涅（Robert Mills Gagne,1916-2002），他花费毕生精力致力于学习理论、教学理论、教学设计以及教育技术学理论基础的构建，是教育学领域公认的著名学者[1]。加涅九步教学法的核心思想是将外部的教学事件与学习者内部的学习活动相结合以达到最佳的教学效果。加涅认为人的内在学习行动可以划分成九个阶段，并建议一堂课的外在学习事件应与这九个阶段对应[2,3]。九阶段学习行动、九大教学事件及其目的如表1所示。同时加涅强调，在使用本方法时表1中的九个教学事件并非要按顺序全部呈现，可以根据具体情况省略或合并某些事件或改变事件发生的顺序。
加涅九步教学法可以为课堂结构设计提供理论支持，而微视频则可以提供丰富的内容形式。所谓微视频，一般是指播放时间在30秒至20分钟之间的视频内容，具有时间短、制作快、内容精致的特点[4,5]，应用于教学则可以引发学生兴趣、提升学生关注度，同时由于视频可以包含录像、旁白、演示文稿、字幕、动画等多种表现形式，便于学生理解。而且视频文件容易长期保存、易于传播，学生可以在课下方便地查看复习。
三课程设计-以《Python统计分析》为例
（一）课程简介
本课程以Python数据处理方法、基础的统计学知识和假设检验为重点，向学生讲述Python在数据分析、可视化和统计建模中的应用。主要内容分为6个章节，分别是Python简介、Numpy和Pandas、概率分布、不同数据类型的假设检验、数据拟合、生存分析和贝叶斯统计学。通过本课程的学习，学生应具备以下能力：
1.掌握利用Python进行数据处理和数据可视化方法；
2.理解假设检验的原理，应用Python对给定数据进行假设检验分析；
3.理解数据拟合的原理，应用Python对给定数据进行拟合；
4.综合Python编程和统计学知识，对实际问题进行数据清洗、检验分析和数据拟合。
（二）需求分析
作为课程的设计者，必须了解学生的需求是什么[6]。因此在设计具体的教学事件之前，我们首先应对非计算机专业学生学习编程类课程的需求进行分析。首先是学生层面分析，包括学生的规模、学科背景（是否上过编程类课程、课程使用何种编程语言、掌握到何种程度、在学习和工作中是否有应用等）、态度（是否感兴趣、是否重视、想在课程上花费多长时间等）、目的（想达到何种水平、完成何种任务）；其次是社会和行业层面的分析，积极和用人单位及往届毕业生联系，了解目前行业和社会对学生编程能力的要求。最后是教学管理层面的分析，参考本专业的教学大纲中与编程技术相关的部分将教学管理者的要求进行分析。其中学生层面的分析可采用问卷的方式，利用软件设计并发放问卷，让学生在课上或是课前填写。社会和行业的分析可采取在校招时与招聘企业座谈，参考网络上的招聘信息，给已经参加工作的学生发函问询等形式。教学管理层面的分析可以查询相关文件、与管理者座谈、与老教师座谈等形式。我们对《Python数据分析》课程进行需求分析的主要结果如表2所示。
从上述需求分析可以看出，本课程的授课对象普遍有一定的编程基础（但是较为薄弱），对课程有一定的兴趣（但是非常感兴趣的还是少数），学习的目的以科研和找工作为主，社会层面的需求以应用能力和考级成绩为主，教学管理层面要求要与最新技术相结合。
（三）教学过程设计
在本章节中我们介绍一种基于加涅九步教学法，结合微视频技术，以需求分析的结果为向导的编程类课程的教学过程设计。具体的环节以及与需求的对应如表3所示。
接下来我们对某些步骤的注意事项进行详细介绍：事件1：Python应用展示无需与课程内容对应，应注意内容的趣味性与新技术的展示，包括基于Python的数据处理、机器学习、爬虫、网页测试和游戏制作等应用场景；事件2：学习的目标以数据处理任务为载体，同时解构成相应知识点；事件3：分组讨论应注意每组的人数，分组依据，座位安排等因素。每组8人及以内为益，保证至少每组有2台便携式计算机。此外，解决问题的方案不限于Python编程，甚至不限于编程，可用任何学过的知识尝试解决；事件7、8：每组可选定一名组长，但汇报应由不同组员轮流进行，尽可能让所有同学都参与到分组讨论中去；事件9：作业布置时可考虑添加计算机考级的内容，以及已经工作的同学反馈的实际问题。
（四）微视频设计
根据三.3中的教学事件设计，共有两个环节需要利用微视频技术。其中事件1中要用到的微视频可以从网络获取，关键在于事件4中微视频的设计。
微视频讲解的内容应包括问题分析、程序框架搭建、编程过程、调试、结果展示、代码优化、分析与讨论等环节。所有环节都可以通过录屏加剪辑实现，常用的录屏或剪辑软件有Camtasia、屏幕录像专家、PPT录屏、Apowersoft在线录屏等[7]。其中问题分析、程序框架搭建、分析与讨论等环节可录制画板或演示文稿的画面，其他均可录制编程IDE（集成开发环境）软件的画面。教师可根据课程时长对某些不重要的过程进行剪切或是加速。关于此类视频的制作可以参见“莫烦Python”的微视频教学博客（网址https://morvanzhou.github.io/），该博主的单个视频通常在5-10分钟之间，大多数情况下每个视频只讲一个知识点；综合运用图片、视频、演示文稿和IDE录屏等形式，采用类比、举例、发问等技巧，保证学生在视频持续时间内保持持续的注意力。以该博主介绍人工神经网络的课程为例，首先通过介绍生物神经网络的构成引入人工神经网络，接着介绍人工神经网络的应用，并通过问题“计算机领域的神经网络与生物神经网络是否一样呢？”进行人工神经网络和生物神经网络的对比介绍。该微视频的截图如图1所示，其中图1（a）展示了人工神经网络的应用，图1（b）通过和生物神经网络的对比讲解人工神经网络的训练过程。对上述教学形式和技巧的使用，使得5分钟的视频充满趣味性，引发学生关于神经网络原理的思考，可以作为教学事件1引起学生注意的材料。
与用PPT直接展示思路和代码相比，用微视频可以体现编程思维、细节、技巧，以及调试过程，注重过程教学；与在课堂上现场演示相比，微视频的内容结构可以做到“微、短、精、妙”，编排更为合理、重点更加突出、效果更为稳定，在展现过程的同时省略不必要的非关键代码输入环节，可以用较短的时间完成最佳的教学效果。
四结语
针对非计算机专业的编程类课程的教学问题，我们提出了一种基于加涅九步教学法的课堂设计方案。首先本文对目前广泛采取的编程类课程的教学方式进行了分析，指出现有方式在趣味性、培养学生独立解决问题能力和编程思维培养上的缺陷，并尝试借助加涅九步教学法和微视频改善这些问题。在提出设计方案之前，本文总结了课程需求分析时应关注的要点，并展示了我们对《Python统计分析》课程的需求分析结果。最后基于需求分析的结果和加涅九步教学法本文对一节90分钟的课堂进行了教学事件设计，并详细描述了微视频的制作思路。
与传统的以PPT讲解形式相比，本文提出的课程设计方案由应用展示引入、以具体应用为教学目标、拆分成多个环节且让学生在课上进行编程练习与结果分享，能有效提升课程的趣味性、编程的获得感和学生的关注度。此外，分组讨论与结果展示环节的设置有助于培养学生自我解决问题的能力。最后，微视频技术的引入能在课上向学生展示解决问题的思路和过程，对学生编程思维的养成有积极意义。
从目前课堂上学生的反应来看，上述有益效果已初步呈现。关于该课堂设计的更具体结果，我们将在未来的文章中进行讨论。
参考文献
[1]徐晓雄.论罗伯特·加涅学术思想及启示[J].宁波大学学报(教育科学版),2009,31(01):15-18.
[2]段晓和.基于加涅九步教学法的《遮罩动画应用》教学设计[A].中国职协2014年度优秀科研成果获奖论文集（下册）[C].:中国职工教育和职业培训协会秘书处,2014:10.
[3]赵莹雪.加涅九步教学法在课程单元设计中的应用——以《菜单设计》为例[J].全国商情(理论研究),2010(20):89-97.
[4]李臣亮,贾东旭,孟令军,等.微视频在微生物实验教学模式中的探索与实践[J].教育教学论坛,2019(44):148-149.
[5]严剑辉.微视频在物理教学中的应用[J].中国现代教育装备,2019(16):21-22.
[6]杨琦.需求分析视域下的专门用途英语课程设计[J].文教资料,2019(15):216-217.
[7]肖伟.录屏软件在设计教学中的使用探究[J].科技风,2019(21):96.
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